JP2005305623A - 切削用バイト - Google Patents

Abstract

【課題】切削用バイトのびびり振動の発生を抑止して、高精度な加工作業を効率的に遂行可能な切削用バイトを提供する。
【解決手段】切削加工対象物に切削刃を当接して該切削加工対象物を切削加工する切削用バイトにおいて、先端部に切削刃を形成された切削用バイト本体と、上記切削用バイト本体に配設された、上記切削用バイト本体の振動を検出する振動検出用センサーと、上記切削用バイト本体に配設された、上記切削用バイト本体に振動を付与する振動付与用振動子とを有する有するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切削用バイトに関し、さらに詳細には、金属などの切削加工対象物を切削加工する際に用いて好適な切削用バイトに関する。

従来より、金属などの切削加工においては、先端部位に切削刃を形成された切削用バイトと称する切削工具を用いて、当該切削用バイトに形成された切削刃を切削加工対象物（以下、「ワーク」と適宜に称する。）に当接することにより、ワークを切削加工処理することが一般的に行われている。

例えば、旋盤加工においては、切削用バイトを工作機械たる旋盤に取り付け、切削加工する対象のワークを高速回転させるとともに、切削用バイトをワークに向けて順次繰り出してワークに当接させることにより、切削用バイトに形成された切削刃によりワークの所定の位置に高精度な切削加工を行うようになされている。

ここで、通常の旋盤加工において、旋盤に切削用バイトを固定する手法としては、切削用バイトを一方側からのみ支持する、所謂、片持ち方式が採用されている。

ところで、この片持ち方式で旋盤に固定された切削用バイトを用いて旋盤加工を行った場合には、ワークと切削用バイトの切削刃とが当接することにより切削用バイトの切削刃に切削抵抗がかかると、その切削抵抗の抵抗力によって切削用バイトが撓むようになるという現象が生じる。

この切削用バイトの撓み量は、切削用バイトに対して切削抵抗の抵抗力として作用する荷重の大きさならびに切削用バイトの剛性に依存して決定されることが知られている。

ここで、上記した切削抵抗の抵抗力として作用する荷重の大きさは、具体的には、切削加工される対象のワークの硬度、ワークの切削加工における取りしろ、切削用バイトのワークへの送り量などにより決定される。また、切削用バイトの剛性は、切削用バイトの材質、切削用バイトの長さ、切削用バイトの断面積などにより決定される。

ところで、上記した旋盤加工をミクロ的な視点で検討すると、ワークの回転と当該ワークに対する切削用バイトの送り作用とにより、切削用バイトの切削刃をワークに強制的に食い込ませてワークを連続的に変形させて破断していることになる。

このため、ワークの切削加工時においては、切削用バイトの切削刃とワークとの間で常にワークの破断に基づく微細な振動が生じているとともに切削用バイトの切削抵抗が変化している。

この微細な振動や切削抵抗の変化は、切削用バイトへの荷重の変化となって現れ、切削用バイトの撓み量も当該荷重の変化に応じて変化することになる。

また、切削用バイトは、上記した微細な振動により共振現象をおこし、共振時に上記の現象が最も顕著に現れる。

このような状態、即ち、切削用バイトの撓み量が常に変化し、かつ、切削用バイトが共振現象により振動を発生している状態では、ワークの切削加工面に切削用バイトの撓み量の変化や振動に起因する僅かな凹凸面が形成されることになる。

そして、こうした切削加工に伴う切削用バイトの撓み量の変化は、切削用バイトに作用する切削抵抗の変化や振動がごく微細なものであったとしても、切削用バイトの撓み量の変化や振動に起因して形成された僅かな凹凸を備えた加工面の加工軌跡に沿って切削加工を継続していくと、加工面の凹凸により切削用バイトが固有振動する共振を惹起し、切削用バイトの振動は大きく成長し、所謂、びびり振動が生じることとなる。

その結果、このびびり振動がワークの加工表面に影響を及ぼし、結果的にワークの仕上がりを損ねることになるという問題点があった。

ここで、上記した切削用バイトのびびり振動の発生を抑止するために、従来から種々の手法がとられてきた。

こうした手法の一つとして、例えば、切削用バイトの剛性を高めるという手法があるが、切削用バイトの剛性を高めるためには、具体的には、切削用バイトの断面積を大きくしたり、切削用バイトを固定する刃物台からの当該切削用バイトの突き出しを短くしたり、切削用バイトの材質を変えたりするなどしていた。

しかしながら、工作機械の切削用バイトを固定する刃物台の周辺の空間は限られており、必ずしも切削用バイトのびびり振動の発生を抑止するために満足する条件を得ることはできなかった。

また、切削用バイトのびびり振動の発生を抑止するための手法としては、ワークを切削加工する際の加工条件を変更することも行われている。例えば、切削加工で形成される凹凸を備えた加工面の加工軌跡の影響を受けないようにするために、ワークの一回転当たりの切削量を大きくするという方法がある。

しかしながら、この方法によれば、切削用バイトのびびり振動の発生を抑止することは可能であるが、切削抵抗が大きくなってしまい、真円度や面粗度などの仕上がりの状態が悪化するという新たな問題点が指摘されている。

また、切削用バイトのびびり振動は、切削用バイトの固有振動とワークの回転数とがある条件で合致したときに生じるものであるため、その条件となるワークの回転数を微調整すればびびり振動の発生を防ぐことができるものであるが、びびり振動を発生させないワークの回転数を検出する作業は相当に困難であり、多大な作業時間を要してしまうという問題点があった。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切削用バイトのびびり振動の発生を抑止して、高精度な加工作業を効率的に遂行可能な切削用バイトを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、切削用バイトに振動検出用センサーと振動付与用振動子とを配置したものである。

従って、本発明によれば、例えば、切削加工に伴って切削用バイトに励起されたびびり振動を振動検出用センサーにより検出し、検出したびびり振動に応じて当該びびり振動をうち消して当該びびり振動を低減するための振動を振動付与用振動子により切削用バイトに加えることにより、切削用バイトのびびり振動を抑制して切削用バイトのびびりを最小に抑えることが可能になり、その結果、ワークに対して高精度な加工作業を効率的に行うことができるようになる。

より詳細には、本発明によれば、例えば、切削加工に伴って切削用バイトに励起されたびびり振動を振動検出用センサーにより検出し、検出したびびり振動の位相と逆位相の振動を振動付与用振動子により切削用バイトに加えることにより、切削用バイトのびびり振動を抑制して切削用バイトのびびりを最小に抑えることが可能になり、その結果、ワークに対して高精度な加工作業を効率的に行うことができるようになる。

即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、切削加工対象物に切削刃を当接して該切削加工対象物を切削加工する切削用バイトにおいて、先端部に切削刃を形成された切削用バイト本体と、上記切削用バイト本体に配設された、上記切削用バイト本体の振動を検出する振動検出用センサーと、上記切削用バイト本体に配設された、上記切削用バイト本体に振動を付与する振動付与用振動子とを有するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記振動付与用振動子は、上記振動検出用センサーが検出した振動に応じて、該振動をうち消して該振動を低減するための振動を上記切削用バイト本体に付与するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記振動付与用振動子は、一対の圧電型振動子であり、上記一対の圧電型振動子は、同一の周波数および位相の電気信号を供給すると互いに逆位相の駆動モードで振動するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記一対の圧電型振動子は、上記切削用バイト本体においてに対向して配置されるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記振動検出用センサーは、上記切削刃の近傍に配置されるようにしたものである。

本発明は、切削用バイトのびびり振動の発生を抑止することができ、高精度な加工作業を効率的に遂行可能とすることができるようになるという優れた効果を奏する。

即ち、本発明によれば、切削加工に伴う切削用バイトのびびり振動の発生が抑止され、切削用バイトのびびり振動が抑止されることにより、ワークの加工面を凹凸のない平滑面に形成する超精密切削加工が可能となり、ワークの仕上がり状態を格段に向上することができる。

また、本発明によれば、従来行われていた切削用バイトのびびり振動の発生を抑止するための条件を得るための作業、即ち、切削用バイトの取り付け状態の微調整作業やびびり振動を発生させないワークの回転数の検出作業などが不要となるため、作業効率の大幅な向上を図ることができるようになる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明による切削用バイトの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

図１には、本発明による切削用バイトの実施の形態の一例をあらわす構成説明図が示されている。

この図１に示す切削用バイト１０は、先端部に切削刃１２ａを形成した略長方体状の切削用バイト本体１２と、切削用バイト本体１２に配設されて切削用バイト本体１２の振動を検出するための振動検出用センサー１４と、切削用バイト本体１２に配設されて切削用バイト本体１２に対して振動を付与するための振動付与用振動子１６とを備えて構成されている。

この切削用バイト１０は、旋盤などの工作機械の刃物台２０に片持ち方式で固定されるものである。より詳細には、切削用バイト本体１２の長手方向に延長する一方の側面１２ｂが、連結具２２によって刃物台２０に固定される。

ここで、振動検出用センサー１４は、切削用バイト本体１２の切削刃１２ａにおける振動をより正確に検出するために、切削刃１２ａの近傍、より詳細には、切削刃１２ａに隣接して配置されている。

なお、振動検出用センサー１４は、例えば、圧電素子を用いてにより構成することができるが、これに限られるものではないことは勿論であり、振動検出用センサー１４としては任意の検出方式のものを用いることができる。

また、振動付与用振動子１６は、圧電素子により構成された一対の圧電型振動子１６ａ、１６ｂとされている。これら一対の圧電型振動子１６ａ、１６ｂは、同一の周波数および位相の電気信号を供給すると互いに逆位相の駆動モードで振動するように設定されている。なお、圧電型振動子１６ａ、１６ｂの圧電素子の分極を互いに逆となるように設定することにより、互いに機械的振動を逆位相とすることができ、互いに逆位相の駆動モードでの振動を実現することができる。

そして、こうした一対の圧電型振動子１６ａ、１６ｂは、一方の圧電型振動子１６ａが切削用バイト本体１２の側面１２ｂ側に配置されるとともに、他方の圧電型振動子１６ｂが切削用バイト本体１２の側面１２ｂと対向する側面１２ｃ側に配置されて、切削用バイト本体１２において対向して配置されている。こうした配置をとることにより、圧電型振動子１６ａ、１６ｂの振動を切削用バイト本体１２に効率よく伝達することができるようになる。

また、振動検出用センサー１４と振動付与用振動子１６とには、ケーブル３０を介して信号処理装置３２が接続されている。

この信号処理装置３２は、振動検出用センサー１４により検出された振動を示す電気信号を処理して、圧電型振動子１６ａ、１６ｂを制御する電気信号を出力する。即ち、振動検出用センサー１４が検出した振動に応じて、当該振動を打ち消して当該振動を低減するための振動を圧電型振動子１６ａ、１６ｂが切削用バイト本体１２に付与するようにするわけである。

なお、信号処理装置３２は、Ａ／Ｄコンバーター、マイクロ・コンピューター、フィルター、アンプなどにより構成することができる。

以上の構成において、工作機械として、例えば、旋盤を用い、連結具２２により切削用バイト１０を旋盤の刃物台２０に固定する。そして、ワーク４０を回転し、切削用バイト１０をワーク４０に対して順次繰り出すことにより、切削用バイト１０によりワーク４０を切削加工する旋盤加工が行われる。

この切削用バイト１０によりワーク４０を切削加工する旋盤加工時において、切削用バイト１０にびびり振動が発生すると、そのびびり振動は切削用バイト１２に設けられた振動検出用センサー１４で検出され、電気信号に変換され信号処理装置３２へ伝送される。

こうして振動検出用センサー１４から伝送された電気信号は、信号処理装置３２により処理されて、信号処理装置３２は、伝送された電気信号と周波数は同じであるが位相ならびにレベルの異なる電気信号を圧電型振動子１６ａ、１６ｂに供給する。

そして、圧電型振動子１６ａ、１６ｂに供給された電気信号は、圧電型振動子１６ａ、１６ｂにおいて機械振動に変換され、この機械振動が切削用バイト本体１２に付与されることになる。この際に、信号処理装置３２は、振動検出用センサー１４の信号レベルが最小となるように、圧電型振動子１６ａ、１６ｂに供給される電気信号出力のレベルと位相とを自動的に調整する。

即ち、切削用バイト１０にはびびり振動が励起されることにはなるが、振動検出センサー１４により検出される振動が最小となるように、切削用バイト本体１２に対して圧電型振動子１６ａ、１６ｂから振動が付与されるので、切削用バイト１０における振動の成長が抑制されて、切削用バイト１０の振動は最小となる。

このため、高精度な加工作業を効率的に遂行可能とすることができるようになって、ワーク４０の加工面を凹凸のない平滑面に形成する超精密切削加工が可能となり、ワーク４０の仕上がり状態を格段に向上することができる。

また、この切削用バイト１０を使用する際には、従来行われていた切削用バイトのびびり振動の発生を抑止するための条件を得るための作業、即ち、切削用バイトの取り付け状態の微調整作業やびびり振動を発生させないワークの回転数の検出作業などが不要となるため、作業効率の大幅な向上を図ることができるようになる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、振動検出用センサー１４を切削刃１２ａの近傍、より詳細には、切削刃１２ａに隣接して配置したが、これに限られるものではないことは勿論であり、振動検出用センサー１４は切削用バイト本体１２の任意の位置に配置することができる。また、上記した実施の形態においては、振動検出用センサー１４を１個配置したが、これに限られるものではないことは勿論であり、振動検出用センサー１４を２個以上の複数個配置するようにして、より微細な振動の検出を可能としてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、振動付与用振動子１６を一対の圧電型振動子１６ａ、１６ｂにより構成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、振動付与用振動子として任意の振動方式の振動子を用いるようにしてよく、また、切削用バイト本体１２に配置する振動付与用振動子１６の数も１個でもよいし２個以上の複数個でもよい。

（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、旋盤などの各種の切削加工装置における切削用バイトとして利用することができる。

本発明による切削用バイトの実施の形態の一例を表す構成説明図である。

符号の説明

１０ 切削用バイト
１２ 切削用バイト本体
１２ａ 切削刃
１２ｂ、１２ｃ 側面
１４ 振動検出用センサー
１６ 振動付与用振動子
１６ａ、１６ｂ 圧電型振動子
２０ 刃物台
２２ 連結具
３０ ケーブル
３２ 信号処理装置
４０ ワーク

Claims (5)

1. 切削加工対象物に切削刃を当接して該切削加工対象物を切削加工する切削用バイトにおいて、
   先端部に切削刃を形成された切削用バイト本体と、
   前記切削用バイト本体に配設された、前記切削用バイト本体の振動を検出する振動検出用センサーと、
   前記切削用バイト本体に配設された、前記切削用バイト本体に振動を付与する振動付与用振動子と
   を有することを特徴とする切削用バイト。
2. 請求項１に記載の切削用バイトにおいて、
   前記振動付与用振動子は、前記振動検出用センサーが検出した振動に応じて、該振動をうち消して該振動を低減するための振動を前記切削用バイト本体に付与する
   ことを特徴とする切削用バイト。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の切削用バイトにおいて、
   前記振動付与用振動子は、一対の圧電型振動子であり、
   前記一対の圧電型振動子は、同一の周波数および位相の電気信号を供給すると互いに逆位相の駆動モードで振動する
   ことを特徴とする切削用バイト。
4. 請求項３に記載の切削用バイトにおいて、
   前記一対の圧電型振動子は、前記切削用バイト本体において対向して配置された
   ことを特徴とする切削用バイト。
5. 請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の切削用バイトにおいて、
   前記振動検出用センサーは、前記切削刃の近傍に配置された
   ことを特徴とする切削用バイト。

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